專利名稱：用于超高真空系統(tǒng)的磁控濺射陰極靶的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種磁控濺射陰極靶，尤其是用于超高真空系統(tǒng) 的磁控濺射陰極乾。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體器件特別是半導(dǎo)體集成電路技術(shù)的快速發(fā)展，半 導(dǎo)體表面接觸金屬電極的制備和半導(dǎo)體表面的鈍化工藝顯得尤為重要。采用 磁控濺射工藝制備上述金屬和非金屬薄膜是最常用的技術(shù)手段之一，其特點(diǎn) 是工藝穩(wěn)定，膜厚度易于控制，能夠提供髙能粒子的淀積，成膜的致密性好， 因而該工藝已成為半導(dǎo)體器件生產(chǎn)特別是集成電路制備的最常用技術(shù)。如在
1989年1月11曰公告的中國實(shí)用新型專利申請(qǐng)說明書CN 2030599U中披露 的"一種平面磁控濺射靶"。它采用磁體密封罩內(nèi)置有純鐵、磁體和冷卻系統(tǒng) 的結(jié)構(gòu)。使用時(shí)，將其作為濺射設(shè)備的陰極置于真空室內(nèi)，并經(jīng)進(jìn)水管對(duì)其 中的冷卻系統(tǒng)進(jìn)行連續(xù)不斷地供水。但是，這種濺射靶存在著不足之處，首 先，磁體密封罩內(nèi)裝入純鐵、磁體和冷卻系統(tǒng)后，若為焊接封裝，則日后難 以對(duì)裝入其內(nèi)的各部件進(jìn)行必要的維修和更換，若為蓋板式封裝，則封裝處 極易發(fā)生漏氣滲水現(xiàn)象；其次，作為陰極，需與濺射設(shè)備中的其它部件進(jìn)行 電氣絕緣，而絕緣層均為非金屬材料制成，這就無法使用焊接的方式來解決 相互間的密封問題；再次，因其結(jié)構(gòu)上的缺陷，使濺射設(shè)備的真空度最髙只 能達(dá)到10吖a，這將不能避免系統(tǒng)中的殘余氣體，如氧氣、氮?dú)?、水蒸氣與 靶材發(fā)生反應(yīng)，形成氧化物氮化物，從而提高了濺射金屬膜的接觸電阻或影 響了鈍化膜的純度和致密度，進(jìn)而制約著半導(dǎo)體器件、集成電路的電學(xué)性能 和成品率；最后，始終置于冷卻水中的磁體極易銹蝕，長期以往，難免使其 的功效不受影響，最終將導(dǎo)致濺射設(shè)備整體的工作不穩(wěn)定和使用、維修費(fèi)用 的增加
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題為克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，提 供一種真空度高于10—6Pa，結(jié)構(gòu)合理，使用維護(hù)方便的用于超高真空系統(tǒng)的 磁控濺射陰極靶。
所采用的技術(shù)方案包括屏蔽罩內(nèi)的磁鐵托、磁鐵和水冷部件，特別是(a)
所說水冷部件包含相連通的上法蘭內(nèi)置有的覆蓋纏繞式冷卻水槽、下法蘭內(nèi) 置有的冷卻水槽、進(jìn)水管和出水管，其中，所說進(jìn)水管套裝于所說出水管中， 且隔斷所說下法蘭冷卻水槽并與其焊接連通連接，所說出水管與所說下法蘭
冷卻水槽的余部焊接連通連接；(b)所說上法蘭的上端部與靶材安裝罩經(jīng)其 相互間的螺紋旋接、腔體中置有磁鐵托和位于其上的磁鐵、下端面與所說下 法蘭間置有兩只金屬密封圈，并經(jīng)螺釘相固定連接，所說兩只金屬密封圏位 于所說上法蘭和所說下法蘭上分別對(duì)稱置有的內(nèi)層刀口和外層刀口處；(c) 所說出水管外焊接連接有小法蘭，所說小法蘭與所說屏蔽罩和基座法蘭間均 置有絕緣片、且與所說基座法蘭間還置有兩只O型膠圈，并經(jīng)螺釘將其與所 說屏蔽罩和所說基座法蘭相固定連接，所說螺釘外套裝有絕緣套簡，所說兩 只O型膠圏間的基座法蘭上貫通有抽氣管。
作為技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述的金屬密封圏為無氧銅密封圃或鋁絲 密封圏或銀絲密封圈；所述的絕緣片為聚四氟片；所述的O型膠圏為維通型 (Viton)氟橡膠圈；所述的絕緣套簡為聚四氟套簡。
相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)的有益效果是，其一，由上、下法蘭內(nèi)分別置有相通的 覆蓋纏繞式冷卻水槽和冷卻水槽，以及進(jìn)、出水管隔斷冷卻水槽且與其相焊 接而構(gòu)成的水冷部件，既保證了冷卻水的輸送、冷卻作用的正常發(fā)揮和冷卻 系統(tǒng)的密封度，又完全地隔絕了磁鐵與冷卻水的直接接觸，杜絕了磁鐵的銹 蝕，保證了磁鐵的品質(zhì)長期不變，還能通過進(jìn)、出水管與由上、下法蘭和磁 鐵等共同構(gòu)成的陰極體進(jìn)行電連接；其二，磁鐵托和位于其上的磁鐵被置于 上法蘭的腔體中，上法蘭的上端部與靶材安裝罩經(jīng)其相互間的螺紋旋接、下 端面與下法蘭上端面經(jīng)螺絲相固定連接，且于兩者間置有兩只金屬密封圏， 而這兩只金屬密封圈又位于上、下法蘭上分別對(duì)稱設(shè)置的內(nèi)、外層刀口處， 不僅確保了上、下法蘭間的密封度，還便于磁鐵的維修和更換，以及靶材的 安裝、拆卸和固定，同時(shí)也使兩者間的接觸電阻為零；其三，由上、下法蘭 和磁鐵、靶材安裝罩等共同構(gòu)成的陰極靶，因其均為金屬結(jié)構(gòu)，故不需拆卸
即可直接帶靶烘烤至200C極大地加速和提升了磁控濺射靶的使用真空度，
大大地降低了濺射設(shè)備的使用成本；其四，在出水管外焊接的小法蘭的兩側(cè) 分別設(shè)置絕緣片及兩只o型膠圈后，再分別與屏蔽罩、基座法蘭經(jīng)螺釘將其
相固定連接，并在螺釘外套裝有絕緣套簡和于兩只O型膠圏間的基座法蘭上 貫通抽氣管，除實(shí)現(xiàn)了作為陰極的上、下法蘭與作為接地端的基座法蘭之間 的電氣絕緣之外，還確保了相互間的密封度，避免了在超高真空系統(tǒng)中電極 的引入必須使用金屬陶瓷焊接密封的弊端，降低了制造和使用的成本。兩只
o型膠圏間的基座法蘭上的抽氣管，將其相互間形成的腔室內(nèi)的氣體提前直
接抽出，大大地減小了腔室內(nèi)的殘存氣體和o形密封圈自身的出氣率對(duì)真空 室超高真空的影響，同時(shí)也大大地降低了真空室內(nèi)外于兩只o形密封圈處的
大氣壓力梯度；其五，將其置于濺射設(shè)備的真空室內(nèi)，濺射設(shè)備的真空度可 達(dá)6xl0—sPa,比現(xiàn)有的濺射靶的真空度提高了兩個(gè)數(shù)量級(jí)，可用于直流和射 頻等多種濺射工藝，能夠?qū)崿F(xiàn)高質(zhì)量高純度金屬或非金屬薄膜的制備。
作為有益效果的進(jìn)一步體現(xiàn)，一是絕緣片和絕緣套簡均采用聚四氟材料, 其優(yōu)良的絕緣特性和極低的出氣率既保證了陰極靶與基座法蘭間的電氣絕 緣，又不會(huì)影響超高真空的獲得；二是兩只O形密封圏均選用維通型氟膠圈， 其出氣率極低的特點(diǎn)初步奠定了獲取超髙真空的基礎(chǔ)。


下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選方式作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。
圖1是本發(fā)明的一種基本結(jié)構(gòu)剖面示意圖。
具體實(shí)施方式
參見圖1,由相連通的上法蘭15內(nèi)置有的覆蓋纏繞式冷 卻水槽13、下法蘭16內(nèi)置有的冷卻水槽9、進(jìn)水管1和出水管2構(gòu)成水冷部 件；其中，進(jìn)水管1套裝在出水管2中，且隔斷冷卻水槽9并與其焊接連通 連接，出水管2與冷卻水槽9的余部焊接連通連接。上法蘭15的腔體中置有 由軟鐵制成的磁鐵托10和位于其上的磁鐵11、上端部與乾材安裝罩12經(jīng)其 相互間的螺紋旋接、下端面與下法蘭16間置有兩只金屬密封圈(17, 18)， 并經(jīng)螺釘14相固定連接。兩只金屬密封圈(17, 18)為無氧銅密封圈，其分 別位于上法蘭15和下法蘭i6上分別對(duì)稱置有的內(nèi)層刀口 7和外層刀口 8處。 小法蘭21焊接連接于出水管2外，其與內(nèi)置靶材安裝罩12、上法蘭15、下 法蘭16等的屏蔽罩19和基座法蘭22間均置有絕緣片(4， 6)、且與基座法 蘭22間還置有兩只O型膠圏(23, 24 ),并經(jīng)螺釘20將其與屏蔽罩19和基 座法蘭22相固定連接；其中，絕緣片(4， 6)為聚四氟片，O型膠圈(23, 24)為維通型氟橡膠圏。螺釘20外套裝有絕緣套簡5，兩只0型膠圈(23,
24)間的基座法蘭22上貫通有抽氣管3;其中的絕緣套簡5為聚四氟套簡。 使用時(shí)，只需將基座法蘭22裝于真空室的對(duì)應(yīng)法蘭上，抽氣管3與真空 泵相接通即可。若在本發(fā)明上安裝高純鋁靶，濺射設(shè)備使用直流濺射電源， 就可制作出銀白色鋁膜；該鋁膜沒有暗渾濁區(qū)域、反光度好和可焊性強(qiáng)，極 大地提高了器件的性能。若在本發(fā)明上安裝高純氧化硅靶，濺射設(shè)備使用射 頻電源，通入氬氣作為濺射氣體，就可制作出性能優(yōu)良的氧化硅薄膜。若在 本發(fā)明上安裝高純硅靶，濺射設(shè)備使用射頻電源，通入氬氣和氮?dú)獾幕旌蠚?作為濺射氣體，就可制作出高純氮化硅鈍化膜。
顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明的用于超髙真空系統(tǒng)的磁控濺射 陰極靶進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā) 明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā) 明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種用于超高真空系統(tǒng)的磁控濺射陰極靶，包括屏蔽罩(19)內(nèi)的磁鐵托(10)、磁鐵(11)和水冷部件，其特征在于(a)所說水冷部件包含相連通的上法蘭(15)內(nèi)置有的覆蓋纏繞式冷卻水槽(13)、下法蘭(16)內(nèi)置有的冷卻水槽(9)、進(jìn)水管(1)和出水管(2)，其中，所說進(jìn)水管(1)套裝于所說出水管(2)中，且隔斷所說冷卻水槽(9)并與其焊接連通連接，所說出水管(2)與所說冷卻水槽(9)的余部焊接連通連接；(b)所說上法蘭(15)的上端部與靶材安裝罩(12)經(jīng)其相互間的螺紋旋接、腔體中置有磁鐵托(10)和位于其上的磁鐵(11)、下端面與所說下法蘭(16)間置有兩只金屬密封圈(17，18)，并經(jīng)螺釘(14)相固定連接，所說兩只金屬密封圈(17，18)位于所說上法蘭(15)和所說下法蘭(16)上分別對(duì)稱置有的內(nèi)層刀口(7)和外層刀口(8)處；(c)所說出水管(2)外焊接連接有小法蘭(21)，所說小法蘭(21)與所說屏蔽罩(19)和基座法蘭(22)間均置有絕緣片(4，6)、且與所說基座法蘭(22)間還置有兩只O型膠圈(23，24)，并經(jīng)螺釘(20)將其與所說屏蔽罩(19)和所說基座法蘭(22)相固定連接，所說螺釘(20)外套裝有絕緣套筒(5)，所說兩只O型膠圈(23，24)間的基座法蘭(22)上貫通有抽氣管(3)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于超高真空系統(tǒng)的磁控濺射陰極靶，其特征 是金屬密封圏(17, 18)為無氧銅密封圏或鋁絲密封圈或銀絲密封圏。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于超髙真空系統(tǒng)的磁控濺射陰極靶，其特征 是絕緣片(4, 6)為聚四氟片。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于超髙真空系統(tǒng)的磁控濺射陰極乾，其特征 是O型膠圏(23， 24)為維通型氟橡膠圈。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于超高真空系統(tǒng)的磁控濺射陰極靶，其特征 是絕緣套簡(5)為聚四氟套簡。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于超高真空系統(tǒng)的磁控濺射陰極靶。它的上、下法蘭(15，16)內(nèi)置有相通的冷卻水槽(13，9)，進(jìn)、出水管(1，2)隔斷冷卻水槽(9)且與其相焊接，上法蘭(15)上端部與靶材安裝罩(12)旋接、腔體中置有磁鐵托(10)和磁鐵(11)、下端面與下法蘭(16)間置有位于內(nèi)、外層刀口(7，8)處的金屬密封圈(17，18)，并經(jīng)螺釘(14)固定，小法蘭(21)焊接于出水管(2)外，其與屏蔽罩(19)和基座法蘭(22)間置有絕緣片(4，6)、且與貫通有抽氣管(3)的基座法蘭(22)間置有兩只○型膠圈(23，24)，并經(jīng)其外套裝絕緣套筒(5)的螺釘(20)固定。它的真空度高達(dá)6×10^-8Pa，可實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量高純度金屬或非金屬薄膜的制備。
文檔編號(hào)C23C14/35GK101161855SQ20061009665
公開日2008年4月16日 申請(qǐng)日期2006年10月14日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月14日
發(fā)明者尹志軍, 李新化, 凱 邱, 飛 鐘, 陳家榮 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院